Підпала Т.В. Селекція сільськогосподарських тварин

Подождите немного. Документ загружается.

Підпала Т.В.

4.3. Картування хромосом

Відкриття Т. Морганом та його співробітниками зчепленого ус-

падкування і лінійного розположення генів у хромосомі дозволило

скласти першу карту хромосом у дрозофіли. На основі величини

кросинговера визначають розміщення гена в хромосомі. При побу-

дові карт в добре вивчених хромосомах вказують не відстань між

генами, а відстань до кожного гена від нульової точки початку хро-

мосом.

Виявилось, що встановлення розміщення генів у хромосомі є

загальнобіологічною закономірністю. Вже складено карти хромо-

сом для багатьох видів тварин. Що ж таке карта хромосом? Це

план розміщення генів у хромосомах.

При порівнянні генетичних карт хромосом з цитологічними

було виявлено, що кожний ген знаходиться в певному місці (локусі)

хромосоми, і що гени в хромосомах розміщені в певній лінійній по-

слідовності.

Нині значні перспективи має розробка цитогенетичних критері-

їв оцінки генотипу племінних тварин на основі картування хромо-

сом. Вперше в Росії цим питанням займався О.С. Серебровський

ним було створено карти статевих хромосом у курей. Сьогодні

найбільших успіхів досягнуто в цитогенетичному картуванні хромо-

сом завдяки використанню різноманітних методів диференційовано-

го забарвлення і гібридизації соматичних клітин. Останній метод

дозволяє розподілити гени, які аналізуються на групи синтенії, що

відповідають окремим хромосомам (І.А. Захаров 1992).

Останнім часом ці роботи проводяться досить інтенсивно і чи-

сло ідентифікованих груп синтенії (27 аутосомних) близьке до кіль-

кості хромосом (n = 30). У генетичному аналізі використовують чі-

тко ідентифікуючі ознаки: групи крові, біохімічні поліморфні

системи та інші морфологічні особливості. Найбільш цікавими гру-

пами зчеплення є ті, які можуть бути визначені у багатьох тварин

в декількох поколіннях. Аналіз успадкування таких зчеплених ознак

міг би дати оцінку частоти кросинговеру в різних породах і уточ-

нити уявлення про перетворення генетичного матеріалу вихідних

порід при різних варіантах схрещування.

Розділ 4

Для створення детальної генетичної карти великі можливості

відкривають дослідження поліморфізма ДНК – (П Д Р Ф). Наяв-

ність такої карти розширює арсенал засобів для аналізу генотипів і

цілеспрямованого відбору кращих із них для розширеного відтво-

рення із застосуванням ефективних методів біотехнології.

4.4. Числові, хромосомні та структурні порушення

каріотипу тварин

Внаслідок забруднення навколишнього середовища і кормів за-

лишками отрутохімікатів, надлишками незасвоєних рослинами міне-

ральних добрив та радіонуклідами збільшується антропогенний

тиск на хромосомний апарат домашніх тварин. Це приводить до

зростання в каріотипі хромосомних мутацій та різних порушень, які

за характером поділяються на такі:

• геномні або числові мутації, що спричиняють кількісні зміни

хромосомного складу клітин, і серед яких розрізняють полі-

плоїдію, анеуплоїдію;

• хоромосомні або структурні аберації викликають зміну будо-

ви хромосом, що впливає на групи зчеплення генів й проявля-

ється у вигляді транслокацій, інверсій, делецій, нестач, дуплі-

кацій тощо;

• генні або точкові мутації змінюють розміщення нуклеотидів у

генетичному матеріалі і тим самим обумовлюють дефекти

реплікацій, спіралізації, репарації ДНК та післятрансляційне

порушення синтезу структурних білків.

За тривалий період розведення у кожному виді сільськогоспо-

дарських тварин відбувалося накопичення певного вантажу генних

мутацій. Вони здебільшого мають рецесивний характер успадку-

вання. У тварин різних порід можуть зустрічатися мутації, що ви-

кликають подібні анатомічні або функціональні зміни – потворність

і аномалії. За фенотиповим проявом інших мутацій може спостері-

гатися різниця між породами. Окремі мутації виникають лише при

конкретних географічних умовах розведення порід і певною мірою

характеризують мутаційний вантаж кожної породи. Для профілакти-

ки збільшення частоти генетичного вантажу необхідно знайти форми

Підпала Т.В.

фенотипового прояву мутаційних летальних та напівлетальних генів,

характер їх успадкування та наявність у популяціях.

У більшості видів свійських тварин відомо дуже багато реце-

сивних дефектів. У чорно-рябої худоби відносно часто спостеріга-

ються три летальні аномалії, які обумовлюють народження ампу-

тованих, бульдогоподібних і водяночних телят. Такі порушення, як

числові аномалії коріотипу, викликають загибель гамет вже на ран-

ніх стадіях їх розвитку.

Поліплоїдію можна спостерігати у тварин хворих лейкозом.

Аномалії кількості хромосом каріотипу це в основному полісомії,

трисомія. Телята народжувалися мертвими або після народження

гинули. Серед худоби є носії трисомії за статевою Х – хромосо-

мою. Досить поширеним також є химеризм у системі статевих

хромосом, який спостерігається у каріотипі різностатевих двійнят.

В каріотипі телиць поряд з хромосомами жіночої статі є хромосо-

ми чоловічої статі. Телиці – носії химеризму ХХ / ХУ залишають-

ся стерильними і їх називають фримартинами.

Структурні порушення хромосом представлені в основному

транслокаціями. Найбільш поширеною формою є робертсоновська

транслокація 1/29, яка зустрічається у тварин симентальської, чер-

воної степової та лебединської порід. У тварин-носіїв транслокацій

1/29 порівняно з аналогами спостерігається порушення відтворюва-

льних функцій. Тому необхідно в першу чергу аналізувати хромосо-

ми на аберацію у плідників. У корів з високою частотою числових

порушень (поліплоїдії) і будови хромосом показники відтворюваль-

ної функції й пожиттєвої молочної продуктивності нижчі, ніж у корів

без суттєвих порушень у каріотипах.

Численими дослідженнями доведено підвищену частоту хрома-

тидних і ізохроматидних розривів у хворих на паракератоз телят.

Паракератоз – спадкова рецесивна аномалія великої рогатої худоби.

На хромосомну нестабільність необхідно звертати увагу при виборі

тварин для використання на племпідприємствах.

У свиней спостерігаються різні форми аберацій і найчастіше

виявляються реципрокні транслокації між парами аутосом, що

впливає на ознаки продуктивності. Ембріональну смертність (аналіз

бластоцист) давали кількісні та структурні аномалії. Встановлено

Розділ 4

також порушення за статевими хромосомами: ХО, ХХ / ХХУ, ХХУ.

Так, мозаїцизм ХХ / ХУ у свиней поєднується з паховими грижа-

ми. Таке порушення характерне і для кіз. Числові порушення хро-

мосом, таких, як поліплоїдія, найчастіше спостерігаються в блас-

тоцистах свиней і найрідше – у великої рогатої худоби.

Із летальних факторів у свиней особливої уваги заслуговують

вади кінцівок, а саме: параліч задніх кінцівок, товстоногість, викри-

влення, трьохногість.

В овець встановлено різні форми аберацій хромосом у мертво-

народжених ягнят. Крім того, виявлено ряд генетичних аномалій:

карликовість, параліч тазових кінцівок, недорозвинення вушної рако-

вини, вовча паща, летальна м’язева дистрофія тощо. Все це ре-

зультат генних і хромосомних мутацій. За локалізацією в хромосо-

мах вони можуть бути аутосомними і зачепленими зі статтю, а за

характером успадкування – домінантними і рецесивними.

У коней також встановлено структурні аберації хромосом, ре-

ципрокна транслокація між 7 та 14 аутосомами і порушення за ста-

тевими хромосомами (ХО, ХО / ХХ). Випадки стерильності у ко-

ней пов’язані з високою частотою моносомії за Х – хромосомою.

У птиці найчастіше виявляють гетероплоїдні форми аномалій

каріотипу – гаплоїдію, триплоїдію, трисомію за аутосомними і по-

ловими хромосомами, мозаїцизм. У птахів 10-11% ембріонів, які

гинуть, виявляються гетероплоїдними і порівняно часто (у 1,2 %

всіх ембріонів) спостерігають гаплоїдний набор хромосом, а в двох

бройлерних лініях частота цього феномена склала 4,4 %. Встанов-

лено вікову частоту аберацій хромосом в ембріонів, одержаних

від штучного осіменіння спермою, яка зберігалася 4 місяці в за-

мороженому стані, що вказує на необхідність цитогенетичного ко-

нтолю при розробці технології заморожування сперми. Є різниця

між популяціями за частотою хромосомних аномалій. Цю особли-

вість застосовують в селекції птиці.

Отже, наявність порушень каріотипу та їх негативна дія на про-

дуктивність та відтворювальні функції свідчать про необхідність

обов’язкового контролю стану каріотипу племінних тварин і в пер-

шу чергу плідників, яких використовують або визначають для вико-

ристання в селекційному процесі. Проведення цитогенетичного ко-

Підпала Т.В.

нтролю в декількох поколіннях дає можливість прослідкувати зако-

номірності успадкування хромосомних аберацій (поломки, нерозхо-

дження, транслокації, структурних аберацій, поліплоїдних клітинн), що

мають генетичну основу, а їх частота в популяції тварин здебільшого

обумовлена методами розведення та інтенсивністю селекції. Якщо

проводити селекцію з урахуванням репродуктивних ознак, то це обу-

мовлює зниження частоти прояву гетероплоїдії, а відбір за інтенсив-

ністю росту збільшує їх частоту. Наприклад, у двох лініях птахів

протягом 18 поколінь здійснювали відбір за різною інтенсивністю ро-

сту (одна вихідна група). У швидкозростаючої лінії птахів гетеропло-

їдія зустрічалась частіше (14%), ніж у повільнозростаючих (6%).

Таким чином, знання конкретних форм аномалій каріотипу тва-

рин та їх вплив на ознаки тварин дає можливість зменшити їх час-

тоту відповідними методами селекції.

4.5. Поширення хромосомних відхилень і

перспективи розвитку популяцій

Доведено, що хромосомні порушення виникають при мейозі в

гаметах, при заплідненні і на перших етапах подрібнення зигот. По-

рушення хромосомного набору викликає і порушення розвитку ор-

ганізму. Тому природжені вади формуються в ранньому ембріоге-

незі. Факти свідчать, що більшість таких ембріонів гинуть на

ранніх стадіях розвитку. Досить детально це доведено при ви-

вченні змін каріотипу у людини. Встановлено, що геномні й хромо-

сомні мутації викликають порушення морфогенезу від початку роз-

витку зиготи, обумовлюють до 90 % загибелі зародків в перші два

тижні їх розвитку.

У сільськогосподарських тварин це питання вивчено не в по-

вній мірі. Проте факти про встановлені аномалії та кількості хромо-

сомних аберацій свідчать про їх розповсюдження в породах тва-

рин. Крім того є дані, що між окремими видами, породами, лініями,

родинами існує різниця за частотою і типами аберацій хромосом.

Отже, поява аберацій хромосом в значній мірі залежить від генети-

чних факторів.

При сучасних умовах розведення тварин генотип плідника за

короткий час може бути репродукований у численому потомстві.

Розділ 4

При використанні у розведенні плідників, які мають в генотипі шкі-

дливі гени, а також їх синів та внуків частота генетичної аномалії

швидко зростає.

Поширення генетичних аномалій тварин відбувається під впли-

вом дрейфу генів. В результаті підвищення навантаження на одно-

го плідника спостерігається підсилення концентрації шкідливого

гена. Проте швидкість генетико-автоматичних процесів (дрейфу)

генів залежить від ефективної чисельності популяції. Особливо різ-

ко зростає частота мутантного алеля в популяції, коли при лінійно-

му розведенні генотип гетерозиготного родоначальника репродуку-

ється із застосуванням інбридингу. При використанні комплексного

або підсилюючого типів інбридингу підвищується вірогідність пере-

ходу мутатних генів до гомозиготного стану.

Необхідно мати на увазі, що при інтенсивному використанні об-

меженої кількості плідників у товарних стадах різноманітність попу-

ляцій звужується навіть при своєчасній ротації ліній. Таке становище

може привести до поєднання споріднених за генотипом (гетерозиго-

тних носіїв шкідливих генів) плідників та маток. З іншого боку, інте-

нсивне крослінійне розведення в племінних господарствах немину-

че приведе до стихійного інбридингу в товарних господарствах і до

прояву інбредної депресії; в тому числі – до зростання частоти

аномалій і потвор у популяції.

Наслідком індредної депресії й появи аномальних нащадків

може бути міграція, під якою в тваринництві розуміють імпорт пле-

мінних тварин (плідників або маточного поголів’я) і спадкового ма-

теріалу (сперміїв, яйцеклітин або ембріонів). При використанні за-

веденого поголів’я до місцевої популяції можуть вводитися ззовні

не тільки бажані гени високої продуктивності, але й гени, що обу-

мовлюють летальні й напівлетальні аномалії. Відомо багато випа-

дків поширення генетичних аномалій внаслідок міграції. Так, повід-

омлялося про масові випадки народження безшерстних телят, що

спостерігалося у чорно-рябої худоби в Ленінградській області.

Тому, щоб не допустити масового поширення спадкової патології,

необхідна перевірка генотипів плідників, з метою виявлення носіїв

летальних генів та виключення їх з інтенсивного використання.

Підпала Т.В.

Спостереження, проведені багатьма дослідниками, свідчать,

що більшість мутацій є рецесивними і шкідливими для організму. В

минулому селекціонери мало звертали уваги на виключення шкід-

ливих мутацій у своїх стадах, оскільки вважали їх несуттєвими.

Шкідливі рецесивні гени знаходяться в популяції в низьких часто-

тах, і в багатьох випадках причиною їх появи в гомозиготному

стані є тільки інбридинг, розведення за лініями або випадковість.

Проте у зв’язку з широким використанням штучного осіменін-

ня постійно скорочується кількість плідників, а тому ступінь впли-

ву кожного з них на генофонд стада, поширення спадкових дефек-

тів значно зростає. Це й обумовило інше ставлення до виявлення

причин зниження відтворювальної функції та життєздатності, поши-

рення аномалій.

Для прогресивного розвитку популяцій сільськогосподарських

тварин важливим є організація моніторингу в тваринництві. Він до-

зволяє контролювати рівень мутагенів у навколишньому середо-

вищі, їх вплив на хромосомний апарат, ріст, розвиток та продукти-

вність тварин; здійснювати профілактику поширення генетичної

патології.

Таким чином, завдяки цілеспрямованій селекції за останній час

значно підвищився генетичний потенціал тварин за багатьма госпо-

дарськи корисними ознаками. Поряд з цим дедалі частіше виника-

ють проблеми пов’язані з плодючістю і життєздатністю тварин.

Досвід показує, що багато форм патологій тварин мають генетич-

ну основу і пов’язані з мутаціями і рекомбінаціями спадкового ма-

теріалу – генів та хромосом. Їх виявлення методом цитогенетич-

ного контролю та елімінація сприятимуть зменшенню генетичного

вантажу в популяції й створенню передумов для ефективної се-

лекції сільськогосподарських тварин.

4.6. Генетичний вантаж популяцій

Генетична гетерозиготність природних популяцій приводить до

того, що середня пристосованість популяції завжди є дещо нижчою

тієї, яка характеризувала б дану популяцію, якби особини, які вхо-

дять до її складу, мали генотип, властивий найбільш пристосованим

Розділ 4

особинам. Це пояснюється наявністю генетичного вантажу, який

знижує пристосованість популяції і характерними для якого є такі

особливості:

• постійне утворення менш пристосованих генотипів у резуль-

таті розщеплення і комбінування генів при схрещуванні гено-

типово різнорідних батьків;

• безперервне виникнення мутацій, здебільшого змінюючих фе-

нотип організму в несприятливий бік.

Часто для пояснення генетичного вантажу використовують

більш поширене його значення, але дещо обмежене. Генетичний

вантаж – це кількість летальних генів, які існують у даній популяції

в гетерозиготному стані. Н.П. Дубінін пояснює, що це не тільки ле-

тальні гени, що переходять в гомозиготний стан, а й увесь спектр

мутацій, що знижують адаптивні властивості особин.

Розрізняють мутаційний і сегрегаційний генетичний вантаж.

Перший виникає внаслідок мутацій, а другий – в результаті розще-

плення і перекомбінування генів при схрещуванні батьків різних ге-

нотипів. Рівень генетичного вантажу виражається в кількості лета-

льних еквівалентів. Величина генетичного вантажу визначається за

формулою Мортона:

BFASe

log

, де S – частина потомс-

тва, яка залишилась живою; F – коефіцієнт інбридингу; А – смерт-

ність, що вимірюється летальним еквівалентом у популяції при

умові випадкових спаровувань (F =0), плюс смертність, обумовле-

на зовнішніми факторами; В – очікуване збільшення смертності,

коли популяція стає повністю гомозиготною (F =1).

Розрахунки генетичного вантажу в популяціях молочної худоби,

кіз і птиці, здійснені в Японії, дали такі результати: у голштинофри-

зької худоби – 1 летальний еквівалент на зиготу, у сааненських кіз

– 0,5; в різних лініях яєчних курей – 2,92; 0,84; і 2,92 летального

еквіваленту. Розрахунки генетичного вантажу в популяціях дають

можливість визначити, яким чином на смертність тварин вплива-

ють умови зовнішнього середовища, а яким – спадковість. Генети-

чний вантаж, очевидно, неминучий супутник еволюції.

Крім вказаного негативного впливу, генетичний вантаж широко

використовується в прогресивній мікроеволюції тварин. Це бачимо

Підпала Т.В.

на прикладах виведення тварин з кольоровою вовною, платинових

лис, безволосяних кішок і собак, карликових порід курей, коней,

овець. Прикладом може бути також анконська коротконога порода

овець в Англії. Через коротконогість вівці цієї породи потребували

менше витрат на догляд за ними пасовищі. Породи птиці з вкоро-

ченими кінцівками, карликові породи потребують також менше ви-

трат на корми та догляд.

У деяких порід тварин відомий мутантний колір волосяного по-

криву, а також летальний ефект; наприклад жовтий колір у мишей,

біла масть у шортгорнів, сірий каракуль у смушкових овець. Мож-

на навести ще багато прикладів використання генетичного ванта-

жу популяцій в селекції сільськогосподарських тварин, але його го-

ловне призначення полягає в тому, що при зміні умов середовища

він відіграє пристосувальну функцію і сприяє виживанню певної гру-

пи особин.

4.7. Випробування окремих тварин на рецесивні

гени

Можна передбачити, що дія мутацій на популяцію повинна но-

сити взагалі негативний характер, тому що обумовлює прояв реце-

сивних чи домінантних генів і тим самим погіршує пристосованість

її до умов середовища.

Тому, щоб виявити такі рецесивні летальні гени, необхідно здій-

снювати випробовування тварин на рецесивні гени. Тобто виявляти

гетерозигот, які є носіями летальних генів. З цією метою прово-

дять споріднені спаровування і за станом народженого потомства

визначають, чи є в популяції летальні рецесивні гени. Крім того,

племінні тварини, особливо велика рогата худоба, можуть бути но-

сіями транслокацій, які впливають на репродуктивні властивості

тварин. Для їх виявлення застосовують цитогенетичні методи.

Зменшення частоти прояву спадкових аномалій і захворювань

досягається через елімінацію їх носіїв. Терміном ”носій” у випадку

спадкової аномалії називають особину, у якій фенотипово не прояв-

ляються патологічні відхилення від норми, але в її гонотипі є шкід-

ливий мутантний ген в гетерозиготному стані.

Розділ 4

Виявлення носіїв мутантних генів здійснюється методом пере-

вірки і проведення відповідних схрещувань з урахуванням закономі-

рностей успадкування ознак, а саме:

1. Проміжний характер домінування – ознака (платиновий ко-

лір хутра у лисиць) фенотипово проявляється і легко можна встано-

вити носіїв.

2. Плейотропна дія генів (сірий каракуль – ширазі у овець) фе-

нотипово проявляється у ягнят після їх відлучення від вівцематок і

характеризується нездатністю перетравлювати грубі корми.

3. При успадкуванні ознак, зчеплених зі статю, носіями генів

небажаних ознак можуть бути особини гомогаметної статі, тому

перевірку проводять у ссавців на самках, а у птахів – на самцях.

Складно виявляти носіїв шкідливих аутосомних генів із рецеси-

вною дією при перевірці їх наявності у великої рогатої худоби,

овець, свиней, коней. Відомо, що рецесивні гени фенотипово прояв-

ляються лише в гомозиготному стані. Частота їх вищеплення сут-

тєво збільшується при близькоспорідненому розведенні. Тому най-

більш точними методами перевірки плідників на наявність

небажаних генів є оцінка за нащадками від спаровування їх із спо-

рідненими самками, тип яких залежить від мети перевірки:

1. Якщо в популяції поширене одне спадкове захворювання і,

крім цього, рецесивні гомозиготи з даною аномалією життєздатні і

плодовиті, то їх можна використовувати для аналізуючого схрещу-

вання. Так, оцінюваний плідник – носій небажаного гену А (генотип

Аа). При схрещуванні з гомозиготними самками (аа) отримують

потомство, половина якого буде нормальною, а половина – з анома-

лією.

2. Якщо в гомозиготному стані небажаний ген дає значні погі-

ршення фенотипу, то для перевірки плідника можна використовува-

ти виявлених самок- носіїв. У цьому випадку 1/4 потомків буде із

спадковою аномалією.

3. Схрещування плідника з його дочками.Здійснюють його в

два етапа. Спершу молодого плідника схрещують із неспоріднени-

ми самками. Якщо плідник є носієм рецесивних генів, то половина

його дочок отримають від нього небажаний ген а, друга – норма-

льну домінантну алель. При цьому передбачається, що всі матері